可编程逻辑控制器 (PLC) I/O 模块或其他工业低功耗应用的设计人员必须找到可靠的设计，以便其设计的电路在严苛的工业环境条件下正确、安全运行。隔离式电源转换器经常出现在此类应用中，有助于实现以下功能：

• 避免或中断潜在的接地环路
• 避免相邻通道或模块之间发生耦合
• 提供电气安全

专门用于 PLC I/O 模块应用的此类隔离式电源转换器的常见设计要求包括以下各项，这些要求也同样适用于其他工业低功耗应用：

• 输入电压：现场电源电压，通常为 24V ±20% 至 30%（高达 17V 至 36V 的宽范围，有时甚至更宽）或 4.5V 至 6V 等更低的电压（例如，来自背板或由 24V 生成为中间电源轨）
• 输出电压：3.3V、5V、12V 甚至 24V 等典型电压，但也有 ±5V、±15V、±18V 等双电源轨
• 输出电压精度：所需精度优于 3% 至 5%，优先选择无光耦合器设计以降低复杂性并提高可靠性
• 输出功率：高达 4W 至 5W，有时高达 10W 或以上
• 尺寸：需要小尺寸设计，高度通常限制在 4mm 至 8mm 范围内
• 隔离类型：在大多数情况下是指用于中断接地环路的功能隔离（在 1 秒至 1 分钟的测试中为 1kV 至 2.5kV），还提供从基本绝缘到需要电气安全时的增强型绝缘等更严格的隔离
• 电源效率：通常要求非常高（需要达到 80% 至 90% 或更高），旨在实现最低的全功率损耗，原因如下：
  • 小型塑料外壳，无强制气流
  • 应用的最高环境温度在 50°C 至 70°C 范围内，预期环境电路板温度水平在 85°C 至 105°C 范围内
  • 根据前面列出的项目，由于热限制，每个 PLC 模块的总功耗通常限制为 2W 至 4W。此功率的大部分用于有效载荷。隔离式电源转换器中产生额外功率损耗；因此，需要尽可能减少。

表 1 汇总了满足上述要求的可用隔离式电源拓扑以及建议的 TI 器件。

列出的所有拓扑都是无光耦合器的方案，但众所周知，高功率设计中的基本传统拓扑使用了光耦合器反馈。

该表将建议的拓扑分为以下类别：

• 非稳压
• V_IN 受控
• 准稳压
• 稳压

提供的器件最小和最大输入电压值（V_IN 最小值、V_IN 最大值）表示支持具体拓扑的所有列出器件的最佳情况值。为 Fly-Buck 拓扑提供的 2.95V V_IN 最小值与 TPS55010 的最小 V_IN 相关，而为该拓扑提供的 120V V_IN 最大值代表 LM5168 和 LM5169 的最大 V_IN。Fly-Buck-Boost 和初级侧调节反激式拓扑等特定拓扑需要应用额外的裕度。

提供的最大输出功率（最大 P_OUT）表示为特定拓扑提供的最强大器件的能力，并进一步取决于所用变压器的 V_OUT/V_IN 比率和匝数比。

V_ISO 表示所用变压器的隔离电压，通常与具体的技术标准相关。

图 1 开环 LLC

图 3 占空比控制推挽

图 5 Fly-Buck-Boost

图 7 完全集成模块

图 2 开环推挽

图 4 Fly-Buck

图 6 初级侧调节反激式